[发明专利]一种调控海洋鱼骨类生物碳杂原子掺杂量的方法及其储钠器件的应用

摘要

一种调控海洋鱼骨类生物碳杂原子掺杂量的方法及其储钠器件的应用。空气氧化活化（AOA）技术用于提高生物碳材料的储钠性能的研究刚刚开始获得关注。作为这一领域的一种尝试，本专利使用了鱼骨作为前驱体来制备高比表面积、多级孔结构、和高含量N‑O‑S多原子掺杂的碳纳米材料。通过高温热解和简单的AOA技术，获得的碳纳米材料中N‑O‑S等杂原子含量得到了一个明显的提升。而且，通过空气的活化作用调整碳材料的微观结构，使其更有利于电解液的传输。该碳纳米材料应用于电极材料，表现出了较好的润湿性和导电性、较低的内阻、并且富含赝电容。组装的钠离子电容器器件表现出了卓越的能量‑功率密度和超长的循环稳定性。AOA技术使得鱼骨类衍生碳获得了更高的杂原子掺杂量，具有更优异的储钠性能，工艺与自然的结合将是一种绿色可持续发展的新技术。

主权项

1.一种调控海洋鱼骨类生物碳杂原子掺杂量的方法及其储钠器件的应用，其特征在于包含如下的步骤：(a) 海洋生物质前驱体的筛选：从资源可持续利用和降低成本角度考虑，选择海洋鱼骨类废弃物作为前躯体，借助光学和电子显微技术研究生物前躯体的微观形貌与结构，探明生物质孔洞结构、形态、尺寸和分布情况；通过元素和谱学表征，确定生物质前驱体中氮、硫、氧等杂原子的元素含量；(b) 多孔碳材料的制备：将筛选的鱼骨类前驱体放入管式炉中，在惰性气氛保护下将其碳化；将碳化后的样品用稀盐酸、热的氢氧化钠溶液、或者去离子水充分清洗去除杂质，放置烘箱中干燥之后得到碳纳米材料；(c) 多孔碳材料的结构调控与活化：基于所合成的碳材料已含有大量的孔隙结构和部分表面官能团，但为了实现两者的调控，可通过空气氧气活化技术来完成；将制备好的多孔碳材料放置于管式炉中，在空气气氛下升温到一定温度保温一定时间；(d) 组装钠离子电容器：将得到的碳材料与导电剂、粘结剂按照一定的比例配成浆料涂敷在不锈钢片上，在充满氩气的手套箱中将电极片与锂金属片组装成半电池，将半电池在小电流密度下进行充放电循环来实现预嵌锂；将完成预锂化的电极片与不同质量配比的正极片组装成全碳基钠离子电容器。